專利名稱：減壓膜蒸餾的水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水處理及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用減壓膜蒸餾和熱泵潛熱回收技術(shù)的水處理裝置。
在航天、軍事、石油化工等領(lǐng)域及人們的日常生活、工作中都要用到水處理裝置。其中產(chǎn)水率、水質(zhì)、運(yùn)行費(fèi)用及設(shè)備的投資一直都是大家所關(guān)心的。目前，已有許多種水處理裝置的實(shí)用新型。但是這些裝置的普遍特點(diǎn)是設(shè)備投資大、處理惡劣條件下的污水(如尿液等)效果不好。如用于載人航天器環(huán)境控制及生命保障系統(tǒng)的熱電集成薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)(TIMES)，它能夠處理尿液，但它使用全氟磺酸薄膜和熱電制冷片，價(jià)格十分昂貴。而目前民用的許多水處理裝置，不僅投資不小，而且處理惡劣條件下的原料(如尿液、苦咸水等)效果不好。
本實(shí)用新型的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)一種新的減壓膜蒸餾的水處理裝置。具有能耗小，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，處理惡劣條件下的原料(如尿液、苦咸水等)效果好等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種減壓膜蒸餾的水處理裝置，由驅(qū)液泵、前處理過濾器、潛熱回收單元、膜組件、真空泵和后處理過濾器以及輸液管路和真空管路所組成；其中，輸液管路將驅(qū)液泵、潛熱回收單元、膜組件依次連接組成原料循環(huán)回路，真空管路則將膜組件、潛熱回收單元、真空泵等連接成一個(gè)真空部件。該潛熱回收單元由連成一體的換熱器、熱泵和冷凝器組成。驅(qū)液泵與潛熱回收單元之間通過輸液管路還可連接有前處理過濾器。在所說的冷凝器的下游還可連接有后處理過濾器。
所說的熱泵可以是電驅(qū)動熱泵，也可以是熱驅(qū)動熱泵。
所述的換熱器可以為各種換熱器，但最好是板翅式換熱器等傳熱效率高的換熱器。
前處理中的過濾器可以為各種形式的過濾器，后處理中的過濾器最好為活性炭過濾器。
本實(shí)用新型的膜組件可由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)等疏水性微孔膜制成。熱泵可為電驅(qū)動型或熱驅(qū)動型熱泵。換熱器采用板翅式換熱器，這樣可以強(qiáng)化換熱，減小電耗。
本實(shí)用新型的工作過程為原料由驅(qū)液泵泵送，順序流經(jīng)前處理過濾器(可省去)、換熱器和膜組件后，再回到泵入口，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。從膜組件出來的蒸汽，流經(jīng)冷凝器冷凝后，再經(jīng)過后處理過濾器(可省去)過濾成凈水，真空泵連接在冷凝器的下游。
本實(shí)用新型一般多以非揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液為蒸餾處理對象。使用疏水性膜，液體不潤濕膜，由于表面張力的作用，膜兩側(cè)的水溶液都不能通過膜孔進(jìn)入另一側(cè)。它利用膜蒸餾原理，膜一側(cè)原料相溫度高于另一側(cè)滲透相溫度，溫差導(dǎo)致蒸汽壓差，因此蒸汽分子通過膜孔，從高蒸汽壓側(cè)向低蒸汽壓側(cè)運(yùn)動，低蒸汽壓側(cè)的蒸汽在熱泵冷端換熱器中冷凝，得到凈水，熱泵還可將冷凝過程中釋放的潛熱回收。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的水處理裝置，可用作惡劣條件下的水處理裝置，如處理尿液等，也可用于日常生活的水凈化裝置，如處理自來水等。其產(chǎn)水率主要取決于膜自身的蒸發(fā)面積和真空度，可在0.2kg/h-200kg/h之間；處理后凈水的電導(dǎo)率＜30μs/cm。
本實(shí)用新型的產(chǎn)水率大(0.2kg/h-200kg/h)，水回收率高(90％以上)、水質(zhì)好(電導(dǎo)率小于30μs/cm)。可作為惡劣條件下的水處理裝置，如用于太空、遠(yuǎn)洋、野戰(zhàn)、野外勘探等處理尿液、?？嘞趟拔鬯?，同時(shí)也可為機(jī)關(guān)、企事業(yè)、學(xué)校、別墅、賓館、飯店等場所提供純凈的飲用水。


圖1為本實(shí)用新型裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的潛熱回收單元結(jié)構(gòu)裝配實(shí)施例之一示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的潛熱回收單元結(jié)構(gòu)裝配實(shí)施例之二示意圖。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的減壓膜蒸餾水處理裝置的實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由驅(qū)液泵1、前處理過濾器2、潛熱回收單元3、膜組件4、真空泵5和后處理過濾器6以及輸液管路(如圖中實(shí)線所示)和真空管路(如圖中虛線所示)組成；其中，輸液管路將驅(qū)液泵1、前處理過濾器2、潛熱回收單元3、膜組件4依次連接成原料液循環(huán)回路，真空管路連接膜組件4真空側(cè)、潛熱回收單元3和真空泵，處理后的凈水經(jīng)后處理過濾器6進(jìn)一步過濾，該潛熱回收單元由連成一體的換熱器、熱泵和冷凝器組成。
本實(shí)施例的工作過程為待處理的原料液被驅(qū)液泵驅(qū)動首先流經(jīng)潛熱回收單元中的換熱器，被與之相聯(lián)的熱泵熱端加熱，然后經(jīng)過膜組件，由于膜組件另一側(cè)的壓力較低，一部分水會蒸發(fā)成蒸汽，通過膜孔，其余的原料液則與補(bǔ)充原料液混合后又流經(jīng)驅(qū)液泵，周而復(fù)始。從膜管蒸發(fā)而成的水蒸汽流經(jīng)冷凝器時(shí)，被與之緊聯(lián)的熱泵冷端冷凝成潔凈的水，再經(jīng)過后處理過濾器進(jìn)行過濾。
本實(shí)用新型的潛熱回收單元中熱泵與換熱器、冷凝器之間的裝配組合有很多方案，關(guān)鍵在于換熱器、冷凝器分別和熱泵的熱端、冷端相連接。圖2和圖3為其中的兩種裝配關(guān)系實(shí)施例。
圖2中所示的方案中采用了兩個(gè)熱泵，熱泵32的熱端和冷端分別與換熱器31和冷凝器33相連接，熱泵34的熱端和冷端分別與冷凝器33和換熱器35相連接。
圖3中所示的方案中采用了一個(gè)熱泵，熱泵32的熱端和冷端分別與換熱器31和冷凝器33相連接。
本實(shí)用新型經(jīng)理論分析，數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)功耗＜350Wh/kg。本實(shí)施例采用的部件如下膜組件為中空纖維微孔膜組件，選用材料為聚丙烯，長為200mm，孔隙率為25％，微孔為長方形(0.8×0.2μm)，內(nèi)徑0.3mm，表面積約為2m2。真空泵為旋片式真空泵；驅(qū)液泵為塑料離心泵；熱泵為電驅(qū)動式熱泵；加熱器為恒溫水浴及波紋管式換熱器；冷凝器為管殼式冷凝器，前處理過濾器與后處理過濾器為微孔過濾器。
本實(shí)施例的原料液為尿液，產(chǎn)水率0.2-1.5kg/h，電功耗350Wh/kg；處理后的水質(zhì)(1)電導(dǎo)率20-30μs/cm(2)總有機(jī)碳(TOC)13.6-28.0mg/l(3)總氨量O.9-4.8mg/l
權(quán)利要求1.一種減壓膜蒸餾的水處理裝置，其特征在于，由驅(qū)液泵、潛熱回收單元、膜組件、真空泵和后處理過濾器以及輸液管路和真空管路所組成；其中，輸液管路將驅(qū)液泵、潛熱回收單元、膜組件依次連接組成原料循環(huán)回路，真空管路則將膜組件、潛熱回收單元、真空泵等連接成一個(gè)真空部件，該潛熱回收單元由連成一體的換熱器、熱泵和冷凝器組成。
2.如權(quán)利要求1所述的減壓膜蒸餾的水處理裝置，其特征在于，驅(qū)液泵與潛熱回收單元之間通過輸液管路還連接有前處理過濾器。
3.如權(quán)利要求1所述的減壓膜蒸餾的水處理裝置，其特征在于，在所說的冷凝器的下游還連接有后處理過濾器。
4.如權(quán)利要求1所述的減壓膜蒸餾的水處理裝置，其特征在于，在所說的熱泵為電驅(qū)動熱泵或熱驅(qū)動熱泵。
5.如權(quán)利要求1所述的減壓膜蒸餾的水處理裝置，其特征在于，在所說的所述的換熱器為板翅式換熱器。
6.如權(quán)利要求3所述的減壓膜蒸餾的水處理裝置，其特征在于，在所說的后處理過濾器為活性炭過濾過濾器。
專利摘要本實(shí)用新型減壓膜蒸餾的水處理裝置屬于水處理及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，由驅(qū)液泵、潛熱回收單元、膜組件、真空泵和后處理過濾器以及輸液管路和真空管路所組成；其中，輸液管路將驅(qū)液泵、潛熱回收單元、膜組件依次連接組成原料循環(huán)回路，真空管路則將膜組件、潛熱回收單元、真空泵等連接成一個(gè)真空部件，該潛熱回收單元由連成一體的換熱器、熱泵和冷凝器組成。本實(shí)用新型具有能耗小，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，處理惡劣條件下的原料(如尿液、苦咸水等)效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C02F1/08GK2475724SQ0026761
公開日2002年2月6日 申請日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者任建勛, 張信榮, 梁新剛, 胡桅林 申請人:清華大學(xué)